1. 首頁 > 健康養生 > >

從染色體三維結構角度，揭示白血病基因融合的形成過程

健康知識養生常識

撰文|邢志浩麥惠容深圳市兒童醫院
責編|周葉斌
基因組重排在腫瘤的發生發展中發揮重要作用 ， 可分為簡單重排（如染色體異位）和復雜重排（如染色體碎裂 ， chromothripsis） 。 最新研究發現5~9%的腫瘤基因組中含有特殊的復雜重排形式 ， 并與腫瘤發生密切有關 。 重排可以通過產生基因融合來驅動白血病等腫瘤的發生發展 ， 白血病現已發現了上百種致癌的基因融合 ， 但對于基因融合特別是經復雜重排產生的基因融合的形成過程 ， 仍然知之甚少 。
基因融合的形成需要多個步驟 ， 包括斷裂、空間鄰近和修復 。 如何精準評估融合基因間的空間定位是研究白血病基因融合形成的難點 。 單細胞Hi-C技術可以從全基因組水平檢測單細胞中基因的空間位置 ， 最近這項技術的發展為研究白血病基因融合的形成提供了有力手段 。
2022年8月9日 ， 由深圳市兒童醫院文飛球教授、陳運生教授與多倫多大學病童醫院AdamShlien教授合作發表于GenomeBiology題為Single?celldiploidHi?CrevealstheroleofspatialaggregationsincomplexrearrangementsandKMT2Afusionsinleukemia的文章 ， 基于單細胞Hi-C技術從染色體三維結構角度揭示了白血病復雜重排和融合基因的形成過程 。
從染色體三維結構角度，揭示白血病基因融合的形成過程
文章圖片
首先 ， 研究人員收集了來自COSMIC數據庫的297個致癌基因融合 ， 在其中篩選了58個白血病相關的染色體間的基因融合 。 其中78%的融合基因涉及KMT2A基因 。 而單細胞Hi-C數據表明這些白血病融合基因確實在空間上鄰近 。 淋巴細胞中白血病融合基因間距離顯著小于實體瘤融合基因和隨機對照 ， 且共定位的比率更高 ， 其中費城染色體BCR-ABL1融合基因排名第一 ， 單細胞水平上共定位率高達34.9% 。 而KMT2A-ELL融合基因排在第二 ， 共定位率達到了27.6% 。
從染色體三維結構角度，揭示白血病基因融合的形成過程
文章圖片
白血病融合基因伙伴在三維空間中鄰近 。 （A）單細胞中融合基因間空間距離；（B）白血病融合基因、實體瘤融合基因及隨機對照的空間距離對比；（C）融合基因間共定位比率分布；（D和E）兩個單細胞中BCR和ABL1基因的空間位置示例 。
包括涉及KMT2A在內的白血病不同融合基因在單細胞水平上傾向于共定位而非隨機分布 ， 且位于活躍的細胞核中心區域并形成共表達網絡 ， 可能發生了共轉錄 。 轉錄因子富集分析指出他們是轉錄因子RUNX1的下游靶基因 ， 敲低RUNX1導致基因間接觸減少 。 這些結果表明RUNX1介導的轉錄工廠可能是白血病融合基因共定位的重要因素 。
從染色體三維結構角度，揭示白血病基因融合的形成過程
文章圖片
白血病融合基因與RUNX1介導的轉錄工廠顯著相關 。 （A）位于細胞核活躍轉錄區域的基因占比；（B）基因距離細胞核中心距離分布；（C）基因伙伴在不同細胞間表達相關性；（D和E）轉錄因子富集分析；（F）RUNX1敲除對融合基因間距離的影響
研究進一步表明白血病融合基因DNA易發生斷裂 ， 進一步為基因融合的形成提供重要基礎 。 融合基因的DNA斷裂水平與染色質三維結構、基因轉錄活性高度相關 。 DNA斷裂主要發生在基因的轉錄活躍區域 ， 比如RNA聚合酶占據的啟動子區域 ， 而且該區域同屬CTCF和黏連蛋白錨定的DNA環的邊界 。 轉錄抑制后DNA斷裂相應減少 ， 說明DNA斷裂依賴于轉錄活動 。
從染色體三維結構角度，揭示白血病基因融合的形成過程
文章圖片
融合基因呈現出活躍轉錄、鄰近DNA環邊界和高水平的DNA斷裂等特點 。 (A-C)基因斷裂水平與染色體環錨點距離之間的關系 ， (D)融合基因與DNA環邊界的距離 ， (E)融合基因的表達熱圖,(F)復雜重排基因的CTCF水平、轉錄活性和DNA斷裂情況（以SRSF4為例） ， (G)轉錄抑制處理后融合基因的DNA斷裂變化（以SEC14L1為例） 。